Co to jest rozpraszanie Ramana?
Gdy światło przemieszcza się przez stały, ciekł lub gaz, część światła zostanie rozproszona, odchodząc w kierunku, które różnią się od przychodzącego światła. Większość rozproszonego światła zachowa swoją pierwotną częstotliwość - jest to znane jako rozpraszanie elastyczne, a rozpraszanie Rayleigha jest przykładem. Niewielka część rozproszonego światła będzie miała częstotliwość mniejszą niż przychodzące światło, a wciąż mniejszy odsetek będzie miał większą częstotliwość - jest to znane jako rozproszenie nieelastyczne. Rozproszenie Ramana jest formą nieelastycznego rozpraszania i pochodzi od Chandrasekkara Venkata Raman, który otrzymał nagrodę Nobla za swoją pracę na ten temat w 1930 roku.
Chociaż rozpraszanie można uznać za światło po prostu odbijające się od małych cząstek, rzeczywistość jest bardziej złożona. Gdy promieniowanie elektromagnetyczne, którego światło jest typem, oddziałuje z cząsteczką, może zniekształcać kształt chmury elektronów cząsteczki; Stopień, w jakim to się dzieje, jest znany jako polaUmiejętność cząsteczki i zależy od struktury cząsteczki i charakteru wiązań między jej atomami. Po interakcji z fotonem świetlnym kształt chmury elektronowej może oscylować przy częstotliwości związanej z kształtem przychodzącego fotonu. Ta oscylacja z kolei powoduje, że cząsteczka emituje nowy foton z tą samą częstotliwością, co powoduje sprężyste lub rayleigh. Zakres, w jakim występuje rozpraszanie Rayleigh i Ramana, zależy od polaryzowalności cząsteczki.
Cząsteczkimogą również wibrować, przy czym długości wiązania między atomami okresowo rosną lub zmniejszają o 10%. Jeśli cząsteczka jest w najniższym stanie wibracyjnym, czasami przychodzący foton popchnie ją do wyższego stanu wibracyjnego, tracąc energię w procesie i powodując, że emitowany foton ma mniej energii, a zatem niższą częstotliwość. Rzadziej cząsteczka może jużbyć powyżej jego najniższego stanu wibracyjnego, w którym to przypadku przychodzący foton może spowodować powrócenie do stanu niższego, zdobywając energię emitowaną jako foton o wyższej częstotliwości.
Ta emisja fotonów o niższej i wyższej częstotliwości jest formą rozpraszania nieelastycznego znanego jako rozpraszanie Ramana. Jeśli analizowane zostanie widmo rozproszonego światła, pokaże linię przy częstotliwości przychodzącej z powodu rozpraszania Rayleigha, z mniejszymi liniami przy niższych częstotliwościach i wciąż mniejszymi liniami przy wyższych częstotliwościach. Te niższe i wyższe linie częstotliwości, znane odpowiednio jako Stokes i Anti-Stokes, występują w tych samych odstępach od linii Rayleigh, a ogólny wzór jest charakterystyczny dla rozpraszania Ramana.
Ponieważ odstępy częstotliwości, w których pojawiają się linie Stokes i Anti-Stokes, zależą od rodzajów cząsteczek, z którymi oddziałuje światło, rozpraszanie Ramana można zastosować do określenia składu próbki materiału, na przykład Minerals Present w kawałku skały. Ta technika jest znana jako spektroskopia Ramana i zwykle wykorzystuje monochromatyczny laser jako źródło światła. Każda z poszczególnych cząsteczek wytworzy unikalny wzór linii Stokesa i Anti-Stokes, umożliwiając ich identyfikację.